电力系统稳定器(Pss)

电力系统稳定器（PSS）

南京申瑞电力电子

江苏省南京市江宁开发区双龙大道1706号211100

一、概述

随着电力系统规模的不断扩大，以及自并励等快速微机励磁系统的广泛应用，动态稳定问题（低频

振荡问题）已成为影响电网系统平安、稳定、经济运行的最重要的因素之一。研究说明，在互联的电力

系统中一般都存在两种振荡模式，即地区性振荡模式（localirodel,频率一般在〜）和区域间振荡模

式［interareamodel、tielinemodel,频率一般在〜）。要解决属于地区性振荡模式的弱住尼或负阻

尼低频振荡问题，可以通过在一个或少数几个电厂配置电力系统稳定器来完成：要解决属于区域间振荡

模式的弱阻尼或负阻尼低频振荡问题，仅靠在一个或少数几个发电厂配置PSS是不够的，需要在一大批

与该振荡模相关的发电机上配置电力系统稳定器（PSS）,才能有效地解决区域间振荡模式的弱阻尼或

负阻尼低频振荡问题，保证连网系统的平安、稳定、经济运行。

电力系统稳定器（PSS）作为励磁调节器的一种附加功能，能够有效地增强系统阻尼，抑制系统低频

振荡的发生，提高电力系统的稳定性，目前在大多发电机的励磁系统上已得到广泛的应用，成为现代励磁

调节器不可缺少的功能之一。

二、PSS根本原理

单机无穷大母线系统图如图一所示，其小信号模型如图二所示：

图一、单机无穷大系统图

图二、单机无穷大系统小信号模型

如果忽略线路电阻，那么冷〜可以简化成如下公式：

式中，Xd、Xq、X'd分别为发电机纵轴电抗、横轴电抗、纵轴暂态电抗；

Xe为线路电抗；

Uto、Uc分别为发电机端电压和无限大母线电压

当发电机在重负荷下运行受到干扰时，转子角将产生增量变化A3,但是由于励磁系统提供的励磁

电势增量AEq滞后A6,使△5有进一步变化的趋势，助长了负阻尼。即如下式所示：

,

AUt=K5A6+K6AEq=K5A8,

当发电机在重负荷下运行时KsVO,那么AU与Ab反相。如果励磁系统为简单的比例式调节器，

增益为Kc,时间常数为Te,那么

如图三所示，在一平面上，和转子速度变化同相的力矩是正阻尼力矩，反相的是负阻尼力

知.和角度变化同相的力矩是正同步力矩,反相的为负同步力矩.在电力系统中并联运行的同步发电机，

它稳定运行的必要条件是具有正的阻尼力矩系数和正的同步力矩系数。为阻尼力矩系数为负时，将会因

出现自发增幅振荡而最终失去稳定，而当同步力矩系数为负时，发电机将出现爬行失步。

PSS的功能是要提供一个正的阻尼力矩分量以补偿AVR所产生负阻尼，从而提高系统的动态稳定

性.要实现PSS功能的根本原理是要生成一个与转子转速同相的信号。由于功率增量产生转子加速度，

所以与电功率相关联的任何量，包括八3、A6、Pe、AP、Af等都可以作为PSS的输入信号。由于

质磁系统具有滞后特性，故用超前、滞后补偿环节来补偿角度。从PSS模型框图来看，PSS由信号输入,

信号测量，隔直，超前滞后，比例放大，输由限幅几个环节单元组成。

如下列图所示，图a为AVR产生负阻尼时，各相量之间的关系图，图b为参加PSS后，PSS产生正阻

尼，各相量之间的关系图。

图三、AVR及PSS产生的阻尼力矩

三、AVR及PSS模型框图

GER3000励磁调节器的PSS模型框图采用的是PSS2A模型形式，为满足现场需要，经过适当调整

参数，不需要修改程序，也可以将PSS2A模型简化为PSS1A模型使用。PSS2A模型输入信号为：转速

和功率。PSS2A模型的实现方式是：用转速作为输入以产生等值的机械功率信号，使总信号对机械功率

的变化不敏感；在系统振荡的频率范围内，PSS起电气功率输入稳定器的作用。

注：KPI.KS2.KSX.K$I放大倍数

T6.T?惯性时间常数

Twi.Twa.TW3,TW4隔直时间常数

TSLTsz一阶超前滞后时间常数

注：通过适当整定参数，可以将上图中虚框内的模型简化为以下模型：晨黑编黑黑;篇

IVT9高频泄波器时间常数

M.N高频滤波器指数

为了整

定各个参数，使补偿后的特性满足耍求，必须先测量AVR、功率局部、转子以及发电机整体环节的相频

特性，从而得到需要补偿的角度，然后再适当整定TSI、TS2、TS3、TS4、TS5、TS6。测量这个局部

AVR、功率局部、转子以及发电机整体环节相频特性的试验就叫做无补偿特性测量试验。做该项试验时

从A点参加噪声信号，然后测量A点和B点之间的相频特性。

四、PSS现场试验

下面以山东XX电厂使用GER3000励磁调节器PSS1A模型现场试验为例介绍PSS现场试验工程及方

法：

1、励磁系统滞后特性测量1无补偿特性）

发电机有功功率尽量接近额定（要求大于额定有功功率的80%）,无功功率尽量接近零（要求发电

机滞相运行，无功功率小于额定无功功率的20的。励磁调节器单柜自动运行，PSS退出，微机励磁调节

器对HP35670A频谱分析仪输出的白噪声信号进行采样并将采样信号与AVR的给定参考电压杆加.缓慢增

加白噪声信号的电平使发电机电压出现不超过2%左右的波动。用HP35670A频谱分析仪测量频谱仪输出

的白噪声信号与发电机电压之间的频率特性即为励磁系统本身的滞后特性，又称无补偿特性，用①e表

/J'o

1.2励磁系统滞后特性测量试验

1、PSS参数整定

PSS参数整定要求PSS的作用需兼顾0.2Hz左右的系统振荡频率和1.411z左右的地区振荡频率。因

此，PSS参数整定应使PSS产生的电磁力矩（在额定有功功率和无功很小的情况下，可近似认为根本与

AVt同相）在0.1Hz〜2.0Hz的频率范围内滞后-APe信号30°〜120°,即在△3轴的±30°范围内。

如果用ee表示励磁系统的相位，用6Pss表示PSS的相位，那么要求PSS的参数整定应使得在0.1Hz〜

的频率范围内6e+6Pss在-60°〜-120°之间。

励磁系统的频率响应特性通过测量得到，PSS的模型，根裾上述PSS参数的整定原那么用逐步逼近

的方法可确定PSS）。整定的PSS参数如下：

Kp=0.8,Tl=0.35,T2=4.5,13=0.25,T4=0.02,T5=T6=0Tp=0.1Tw=6。

根据上面所列的PSS参数，计算可得到PSS环节的频率特性（见表2）。

由表1可以看出：在0.2〜2Hz的频率范围内，由#4机PSS产生•的电磁力矩（认为与AVI根本同相）

滞后-AP信号81°—110°,（即在As轴的-9°——+20°范围内），#4机的PSS对1.4Hz左右的地

区振荡频率和0.2Hz左右的联网系统振荡频率都具有较好的阻尼，PSS相位补偿满足要求。

表1PSS有无补偿相频表

计算PSS补偿计算有补偿①

序号频率f(Hz)无补偿中（°）有补偿①（°）

中C）（0）

3、PSS增益调整

理论上讲，在正确的相位补偿下，PSS的增益越大，其提供的正阻尼越强，但实际上，电力系统是

一个高阶的复杂系统，增加PSS的增益虽然可以增加某些机电振荡的阻尼，但如果PSS增益过大，也可

能引起电磁振荡的负阻尼使系统出现不稳定现象，此时，机组的有功和转速仍无明显的振荡，但励磁电

压和无功功率可能出现明显振荡甚至是等幅或增幅振荡，另一方面，过大的PSS增益对其他机电振荡模

的阻尼也可能带来一些不利影响。因此，PSS实际存在一个最大增益。

FSS临界增益是由很多因素决定的，如发电机的负荷水平、%S的在电厂和系统中的配置和投退情

况、机组的力率和电力系统的运行方式等，所以一般用现场试验的方法来确定。在选定的相位补偿下，

缓慢增大PSS的增益，同时观察励磁系统的变化，直到出现不稳定现象为止［主要标志是调节器输出电

压、发电机转子电压出现频率较高（1〜4IIz）的剧烈振荡），这时的PSS增益即为最大增益或不稳定增

益。

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